Ruimte-instrument TROPOMI brengt klimaatmonitoring naar nieuwe hoogte

Het zal tenminste zeven jaar lang de samenstelling meten van onze troposfeer, de onderste laag van de dampkring. “Tropomi zal vanuit de ruimte waardevolle data terugsturen over de samenstelling van onze atmosfeer,” vertelt Frank Meiboom van Airbus Defence and Space Netherlands, hoofdaannemer en bouwer van Tropomi. “Met samenwerking van eigen bodem en financiering door de Nederlandse ministeries is het een echt Nederlands ruimtevaartproject. Iets om trots op te zijn.

Na de eerder gelanceerde Sciamachy en OMI instrumenten is dit het derde programma voor atmosfeer monitoring met Nederlandse hightech op rij. De totstandkoming van Tropomi, een opdracht van ESA en het Netherlands Space Office, is gedreven door de behoefte om effecten van broeikasgassen in de atmosfeer op ons klimaat beter te kunnen begrijpen. De Nederlandse instituten KNMI en SRON spelen een vooraanstaande rol in het internationale klimaatonderzoek en hebben de wetenschappelijke vereisten voor Tropomi opgesteld. Onze rol is die van ontwerper en regisseur van een team van een tiental hoogwaardige bedrijven en instituten.

Wij zorgen ervoor dat al deze partijen, waaronder TNO, goed hun werk kunnen leveren en dat ze samen een perfect werkend instrument opleveren. We zijn net klaar met de kalibratie van Tropomi. Deze laatste testfase zorgt voor een extreem nauwkeurige afstelling van het instrument, zodat we exact weten wat we straks meten. Eenmaal in de ruimte kun je niks meer veranderen. Het is alsof je de motor start van een nieuw ontwikkelde auto die vervolgens tien jaar rondjes rond de aarde moet rijden in extreme omstandigheden, zonder onderhoud of bijtanken. Dit is hightech ten voeten uit.”

Voor het beter begrijpen van de samenstelling en veranderingen van de atmosfeer moet er langdurig wereldwijd gemeten worden. Meiboom: “Dankzij de twee voorgangers van Tropomi hebben we bijna vijftien jaar lang data verzameld. Die schat aan informatie zetten we met Tropomi minstens zeven jaar voort. De satelliet zal op meer dan achthonderd kilometer hoogte elke dag op hetzelfde tijdstip dezelfde plaats passeren, van zuid naar noord, en zo dagelijks de gehele aarde in kaart brengen. Dat maakt het mogelijk om betrouwbare klimaatmodellen te ontwikkelen.”

Verzonken tralie

Een van de partners in het project is SRON, het nationaal expertise-instituut voor ruimteonderzoek. SRON draagt niet alleen bij aan de interpretatie van de wetenschappelijke data maar heeft met het ‘verzonken tralie’ voor de infraroodmodule, de meest innovatieve technologie van Tropomi, ook een belangrijk aandeel in de ontwikkeling van het instrument. “Tropomi is een spectrometer,” zegt Ruud Hoogeveen, projectleider bij SRON. “Het is een instrument waarmee gereflecteerd zonlicht wordt gemeten.

Als je dat licht in kleuren uiteenrafelt kun je daarin de vingerafdrukken van gassen uit de atmosfeer onderscheiden. SRON is met name geïnteresseerd in methaan en koolmonoxide. Methaan is na CO2 het belangrijkste antropogene broeikasgas. Van CO2 weten we precies waar het vandaan komt, maar niet waar het naar toe gaat. Bij methaan is dat precies andersom. Eind jaren ‘90 zag je de toename van methaan afvlakken, maar de laatste jaren neemt het weer toe. We willen weten hoe dat komt. Het tralie trekt kleuren uit elkaar zodat je een spectrum krijgt. Hoe groter het tralie ten opzichte van de golflengte, hoe beter de kleurscheiding. Het tralie dat wij hebben ontwikkeld met hulp van TNO hoeft veel minder groot te zijn omdat de golflengte van het licht in het silicium wordt verkleind.

Het volume van de infraroodmodule van het instrument is door deze innovatie een factor veertig kleiner geworden. Dat is van een verhuisdoos tot een schoenendoos. Voor ruimtevaart begrippen is dit gigantisch. Het is nieuwe technologie waarmee je een missie mogelijk maakt. Zonder deze technologie moet je het conventioneel doen en dat is onbetaalbaar. Het principe is al sinds 1822 bekend, maar wij zijn de eerste die het succesvol hebben toegepast en naar de ruimte brengen.”

Uniek

“Tropomi is niet alleen uniek in de enorme sprong vooruit qua technologie, maar ook in het verkrijgen van draagkracht om dit instrument te gebruiken, over landsgrenzen heen,” zegt Pepijn Veefkind, projectleider bij het KNMI. Het weerinstituut heeft de wetenschappelijke leiding in handen en volgens Veefkind is de samenwerking tussen industrie en wetenschap in Tropomi uniek in de wereld. “Iedereen ziet het belang in het voortzetten van de monitoring van de troposfeer, maar vervolgens moet je aantonen dat Tropomi dé oplossing is om het gat op te vullen. Dat betekent dat je niet alleen in Nederland de zaken op een rij moet krijgen, maar ook in de Europese Unie en de ESA, die een satelliet beschikbaar moeten stellen.”

Veefkind: “Hoe Airbus Nederland het instrument bouwt is van invloed op de data die eruit komt en dus moest in elke fase na worden gegaan of de data die vergaard wordt wel de data is die je zoekt om wetenschappelijke bevindingen te kunnen doen. De hoofdthema’s waarbinnen we antwoorden hopen te vinden zijn de ozonlaag, luchtkwaliteit en klimaat. Hoe gaat het met het herstel van de ozonlaag? Bij luchtkwaliteit gaat het erom dat je wereldwijd dezelfde componenten  kunt meten. Stikstofdioxide is een belangrijke luchtkwaliteitsindicator en Tropomi meet dat heel erg goed. Dat zijn echt unieke metingen en daar zijn we wereldwijd het beste in.”

Beleid

Tropomi meet in een veel hogere resolutie en zal zes keer zoveel data terugsturen dan haar voorganger. Veefkind: “Dat heeft enorme voordelen omdat je dan bijvoorbeeld de haven van Rotterdam kan onderscheiden van de stad, of kan kijken naar energiecentrales in Amerika en China om te zien hoeveel vervuilde lucht zij uitstoten. Als je de bronnen apart kunt meten kan je ook beter beoordelen in hoeverre beleid op het gebied van luchtkwaliteit en klimaat echt zin heeft.”

Na de lancering in 2016 vanuit Rusland zal het een half jaar duren voordat Tropomi de eerste data terugstuurt. Hoogeveen: “Je laat het instrument eerst een maand met rust om waterdamp de ruimte in te laten ontsnappen. Dan worden een voor een systemen aangezet en getest. Vervolgens ga je de observatie voorbereiden door het instrument nog een keer goed te kalibreren. Daarna krijg je pas de eerste operationele data.”

Voor Meiboom is de missie pas een succes als de wetenschap en overheden de data ook echt kunnen gebruiken. “Dan weet je dat wat er ontwikkeld is ook echt bijdraagt aan een antwoord op de vragen die we over onze toekomst hebben.”